(57)【要約】    【課題】二次空気ポンプ等の二次空気供給手段の動作時におけるエンジン回転速度の低下や不安定化を防止する。    【解決手段】オルタネータ１はエンジン２によって駆動されて発電し、発電した電力を電気負荷４及びバッテリ５に供給する。二次空気ポンプ１６は、触媒１４が低温であるときなどに動作することで、二次空気を排気通路１３に供給し、触媒１４の早期活性化を図る。Ｃ／Ｕ１０は、エンジン運転状態等に応じてオルタネータ１の発電量を制御する一方、二次空気ポンプ１６の動作時においては、オルタネータ１の発電を停止し又は発電量を抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動される車両用発電機の制御装置であって、
前記エンジンの排気系に二次空気を供給する二次空気供給手段の動作時に、前記車両用発電機の発電を停止し又は発電量を抑制することを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項２】
前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制は、エンジンの始動から所定期間行うことを特徴とする請求項１記載の車両用発電機の制御装置。
【請求項３】
前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制は、車両の電気負荷が所定量以上のときに行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用発電機の制御装置。
【請求項４】
前記車両発電機の発電停止又は発電量の抑制を解除したときは、発電量を徐々に増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって駆動される車両用発電機の制御装置に関し、特に、二次空気ポンプ動作時における車両用発電機の発電（量）制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アイドル運転中にエアコン、ライト等の電気負荷が投入されたときに増加する発電負荷によるエンジン回転速度の低下や不安定化を防止するため、アイドル回転数制御弁により空気量を増加補正することが記載されている。
また、特許文献２には、エンジン始動直後に排気通路中の触媒の上流側に二次空気（新気）を送り込むことで触媒の早期活性化を図ることが記載されている。
【特許文献１】特開平８−２８４７１２号公報
【特許文献２】特開平１−２２７８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前者に記載されているようなエアコン、ライト等の電気負荷は、通常、始動完了後に投入されることが多く、また、その投入時の負荷レベルも比較的小さいことから、上記従来の技術による対応が比較的容易である。
しかし、二次空気を送り込むための二次空気ポンプは、モータ負荷のため突入電流（投入時の電気負荷）が大きく、また、投入タイミングもクランキングから完爆に至るエンジンフリクションが大きいときであるため、エンジンに対する大きな負荷となる。このため、エンジン回転速度の低下や不安定化を招くこととなり、最悪の場合にはエンストに至るおそれがある。
【０００４】
このような二次空気ポンプ動作時におけるエンジン回転速度の低下に対して、上記従来の技術のような空気系での対応では、応答遅れによってこれを効果的に防止することは困難である。また、燃料系での対応では、始動時の過渡状態に適切な補正を加えることは難しく、かえって排気の悪化を招いてしまうおそれがある。
本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、その目的は、排気系に二次空気を供給する二次空気供給手段を備えたエンジンにおいて、二次空気供給手段の動作時のエンジン回転速度の低下を効果的に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、エンジンによって駆動される車両用発電機の制御装置であって、前記エンジンの排気系に二次空気を供給する二次空気供給手段の動作時に、前記車両用発電機の発電を停止し又は発電量を抑制することを特徴とする。
このようにすると、二次空気供給手段が動作することにより電気負荷が増大したとしても、エンジンに対する負荷の増大を低減できるので、エンジン回転速度の低下や不安定化を防止することができる。
【０００６】
また、前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制は、エンジンの始動から所定期間行うようにするのが望ましい。二次空気供給手段は触媒の早期活性化のため始動直後に動作することが多く、この始動直後はエンジンフリクション自体も大きいところ、二次空気供給手段が動作することでさらにエンジンに対する負荷が大きくなってしまい、エンジン回転速度が低下したり不安定となったりする可能性が高いからである。
【０００７】
さらに、前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制は、車両の電気負荷が所定量以上のときに行うようにしてもよい。エンジン回転速度の低下や不安定化を招く可能性が高い場合にのみ発電を停止し又は発電量を抑制するためである。
なお、前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制を解除したときは、発電量を徐々に増加させる制御（徐励制御）を行った後に通常の発電制御に移行させるのが望ましい。制御を滑らかに切り換えるためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るシステム構成の概略を示している。この図に示すように、車両用発電機（以下「オルタネータ」という）１はエンジン２に機械的に連結されている。オルタネータ１のプーリ１ａとクランクプーリ２ａとの間にはベルト３が巻回されており、エンジン２によってオルタネータ１が回転駆動されるようになっている。
【０００９】
駆動されたオルタネータ１は発電して車両の電気負荷４に電力を供給するとともに、バッテリ５の充電を行う。なお、車両の電気負荷４としては、エアコン、ヘッドライト、パワーステアリングなどが該当する。
また、オルタネータ１には、ＩＣレギュレータ６が内蔵されている。このＩＣレギュレータ６は、後述するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１０からの駆動信号に基づいて動作することで、オルタネータ１の発電量を調整する。
【００１０】
エンジン２には、空気中のごみ等を除去するエアクリーナ７、通過する空気量を調整するスロットル弁８などが介装された吸気通路９を介して空気が吸入される。この吸気通路９には、スロットル弁８を迂回するバイパス通路１０が接続されており、このバイパス通路１０には、該バイパス通路１０を通過する空気量（バイパス空気量）を調整するＩＳＣ弁１１が介装されている。
【００１１】
エンジン２の各気筒には、それぞれ燃料噴射弁、点火栓（いずれも図示省略）が設けられており、Ｃ／Ｕ１０からの駆動信号に基づいて燃料を噴射し、燃料と空気の混合気に着火する。
エンジン２からの燃焼排気は、排気通路１３を介して排出される。この排気通路１３には、排気浄化触媒（以下「触媒」という）１４が介装されている。また、吸気通路９のエアクリーナ７の下流側と排気通路１３の触媒１４の上流側とを接続する二次空気供給通路１５が設けられており、この二次空気供給通路１５には、エアクリーナ７でごみ等を除去された空気を吸引し加圧する二次空気ポンプ１６、この二次空気ポンプ１６から吐出された空気を所定圧力に調圧するプレッシャレギュレータ１７、このプレッシャレギュレータ１７からの二次空気の供給量を調整する二次空気制御弁１８が介装されている。本実施形態においては、二次空気ポンプ１６が本発明に係る二次空気供給手段に相当することになるが、これは一例に過ぎず、所定のタイミングで動作させて排気系に二次空気を供給できる装置又は構成であればよい。
【００１２】
二次空気ポンプ１６の動作（ＯＮ・ＯＦＦ）は、Ｃ／Ｕ１０によって制御される。この二次空気ポンプ１６もオルタネータ１（又はバッテリ５）から電力の供給を受けるようになっており、上記車両の電気負荷の１つである。なお、二次空気制御弁１８の開度（開閉動作）もＣ／Ｕ１０によって制御される。
Ｃ／Ｕ１０には、水温センサ２１からのエンジン冷却水温度ＴＷ、回転速度センサ２２からのエンジン回転速度ＮＥ、電圧センサ２３からのバッテリ電圧ＶＢ、温度センサ２４からの触媒温度Ｔｃ、各電気負荷のＯＮ・ＯＦＦなど各種センサやスイッチからの信号が入力される。
【００１３】
そして、Ｃ／Ｕ１０は、入力された信号に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御等の各種エンジン制御を実行するとともに、運転状態等に応じて発電要求（目標）値を設定し、この発電要求（目標）値となるようにオルタネータ１の発電制御（通常の発電制御）を実行する。
また、アイドル運転時においては、エンジン回転速度ＮＥと目標回転速度との差に基づいてＩＳＣ弁１１の開度を制御するとともに、電気負荷の投入を検出したときはＩＳＣ弁１１の弁開度を増加補正等してエンジン回転速度の低下や不安定化を防止する。
【００１４】
さらに、始動時等の触媒１４が低温であるときにおいては、空燃比をリッチ側に設定するとともに二次空気ポンプ１６を動作させて二次空気を排気通路１３に供給することで触媒１４を昇温させる、いわゆる触媒の早期活性化制御も実行するようになっている。
ここで、かかる触媒の早期活性化制御時に動作させる二次空気ポンプ１６は、上述したように、（１）投入時の電気負荷が大きいこと、（２）投入タイミングもクランキングから完爆に至るエンジンフリクションが大きい時期であること、に加えて、（３）投入タイミングにスタータモータ（図示省略）が動作している場合が多いこと等から、エンジン２に対する大きな負荷となり、エンジン回転速度の低下や不安定化を招きやすい（始動性が悪化する）。
【００１５】
一方、これを回避するために二次空気ポンプ１６の動作を禁止（停止）すると、触媒１４の昇温が求められているときに二次空気の供給が行えなくなってしまうことになる。
そこで、本実施形態では、始動時（直後）における二次空気ポンプ１６の動作中にオルタネータ１の発電を停止させることで、触媒の早期活性化と良好な始動性の確保とを両立させるようにしている。
【００１６】
図２、３は、Ｃ／Ｕ１０によって実行されるエンジン始動時の制御を示すフローチャートであり、これらはエンジン２の始動と同時に開始される。なお、エンジン２の始動は、キースイッチＯＮ、スタータモータ（図示省略）の駆動開始、クランキングの開始等を検出することにより判定するのが一般的であるが、その方法は問わない。
図２は、触媒の早期活性化制御のフローチャートである。
【００１７】
Ｓ１では、触媒温度Ｔｃを検出する。ここでは、温度センサ２４によって触媒温度Ｔｃを検出するようにしているが、各種センサから入力される信号に基づいてエンジン２の運転条件を検出し、この運転条件から触媒温度Ｔｃを推定するようにしてもよい。
Ｓ２では、検出（又は推定）した触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１よりも低いか否かを判定する。この所定温度Ｔｃは、触媒１４の活性化温度（又はその近傍の温度）として設定されており、Ｔｃ＜Ｔｃ１で触媒温度Ｔｃが低い場合（すなわち、活性化していない場合）はＳ３に進む。一方、例えば停止直後の再始動時のように、Ｔｃ≧Ｔｃ１で触媒温度Ｔｃが高い場合は、すでに触媒１４が活性化しているため、本フローを終了する（触媒の早期活性化制御を行わない）。
【００１８】
Ｓ３では、空燃比をリッチ側に設定するとともに、二次空気ポンプ１６を「ＯＮ」、二次空気制御弁１８を「開」とする。
Ｓ４では、触媒温度Ｔｃを再度検出（又は推定）し、触媒温度Ｔｃが上記所定温度Ｔｃ１以上となったか否かを判定する。Ｔｃ≧Ｔｃ１であればＳ５に進み、Ｔｃ＜Ｔｃ１であればそのまま触媒１４の昇温（二次空気の供給）を継続する。
【００１９】
Ｓ５では、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１以上となったので触媒１４が活性化したと判断して、二次空気ポンプ１６を「ＯＦＦ」、二次空気制御弁１８を「閉」として本フローを終了する。
以上のように、始動時において、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より低く触媒１４が活性化していない場合には、空燃比をリッチにするとともに排気通路１３に二次空気が導入される。これにより、排気通路１３での未燃燃料の燃焼及び触媒１４での酸化反応を促進して触媒１４を昇温させ、触媒１４の早期活性化を図る。
【００２０】
図３は、エンジン始動時のオルタネータ１の発電制御のフローチャートである。
Ｓ１１では、図２のＳ１と同様、触媒温度Ｔｃを検出する。
Ｓ１２では、図２のＳ２と同様、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１よりも低いか否かを判定する。Ｔｃ＜Ｔｃ１であればＳ１３に進み、Ｔｃ≧Ｔｃ１であればＳ１５に進む。
Ｓ１３では、オルタネータ１の発電を停止する。
【００２１】
上述した触媒の早期活性化制御（図２）により、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より低いときは触媒１４を昇温させるために二次空気ポンプ１６が「ＯＮ（動作）」とされる。二次空気ポンプ１６が「ＯＦＦ（停止）」から「ＯＮ（動作）」となると、特にその瞬間（二次空気ポンプ１６の動作開始時）に大きな電気負荷を生じることから、オルタネータ１の発電量も大きくなる。このため、オルタネータ１の回転トルクがエンジン２にとって大きな負荷となってエンジン回転速度の低下や不安定化（始動性の悪化）を招くことになる。そこで、これを防止するため、オルタネータ１の発電を停止する（すなわち、発電量を０とする）ことで、オルタネータ１の回転トルク（エンジン２対する負荷）を低減するようにしたのである。なお、ここでは、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１よりも低いか否かを判定しているが、二次空気ポンプ１６が動作しているか（「ＯＮ」であるか）否かを判定してもよい。但し、触媒温度Ｔｃによる判定の場合には、二次空気ポンプ１６が動作する前にオルタネータ１の発電を停止できるので、二次空気ポンプ１６の動作開始時におけるエンジン回転速度の低下（不安定化）をより効果的に防止できる。
【００２２】
Ｓ１４では、エンジン始動からの経過時間ｔ１が所定時間ｔｓ１となったか否かを判定する。この所定時間ｔｓ１は、エンジン２に対する発電（すなわち、オルタネータ１の回転トルク）の影響がほとんどなくなる時間であり、各車両に応じて設定される。具体的には、始動が完了すると予測される時間（すなわち、完爆までの時間）が一例として挙げられる。ｔ１≧ｔｓ１であればＳ１５に進み、ｔ１＜ｔｓ１であればオルタネータ１の発電停止を継続する。
【００２３】
Ｓ１５では、オルタネータ１の発電停止を解除して発電を開始する。その際、いきなり通常の発電制御に切り換えるのではなく、発電量を徐々に増加させる制御（徐励発電）を行ってから通常の発電制御へと移行するのが望ましい。制御を滑らかに切り換えるためである。そして、通常の発電制御に移行した後は、運転状態や投入される電気負荷に応じてオルタネータ１の発電量が制御されることになる。
【００２４】
以上のような制御を行うことにより、本実施形態では、エンジン始動時の二次空気ポンプ１６の動作時にはオルタネータ１の発電を停止する。これにより、二次空気の導入（二次空気ポンプ１６の動作）に伴うエンジン負荷の増大を回避して、エンジン回転速度の低下や不安定を防止できる。これにより、始動性を悪化させることなく、始動直後から二次空気ポンプ１６を動作させて触媒１４の早期活性化を図ることができる。
【００２５】
図４は、エンジン始動時の状態を示すタイミングチャートであり、本実施形態（実線）と従来のもの（破線）とを比較したものである。
始動のためにスタータモータを回転させてクランクキングが開始すると（時刻ｔ１）、バッテリ電圧ＶＢは初期電圧に対して低下するが、エンジン回転速度ＮＥは徐々に上昇しはじめる。ここで、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１よりも低いときは、触媒１４の早期活性化を図るため二次空気ポンプ１６が「ＯＮ」となる（時刻ｔ２）。この場合、従来のものでは、図中破線で示すように、二次空気ポンプ１６が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」となったことによりオルタネータ１の回転トルク（発電負荷）が増大し、エンジン２に対する負荷が増大してエンジン回転速度が大きく低下する。これにより、最悪の場合にはエンストに至るおそれがある。
【００２６】
一方、本実施形態では、図中実線で示すように、二次空気ポンプ１６が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」となるときにはオルタネータ１の発電を停止しているため、オルタネータ１の回転トルクが増大することはなく（エンジン２に対する負荷となることなく）、エンジン回転速度の低下を防止できる。これにより、始動性の悪化を招くことなく、触媒１４の早期活性化を実現できる。そして、始動から所定時間ｔｓ１が経過し、オルタネータ１の発電によってエンジン回転速度の低下のおそれがなくなるタイミング（時刻ｔ３）でオルタネータ１の発電を開始するが、その際、発電量は徐々に増加させる制御（徐励発電）を行ってから通常の発電制御へと移行する（時刻ｔ４）。なお、二次空気ポンプ１６は、触媒１４が活性化温度（又はその近傍温度）に到達したら「ＯＦＦ」となる。これにより、発電停止から発電へと制御を滑らかに切り換えることができる。
【００２７】
なお、上述したオルタネータの発電制御（図３）では、オルタネータ１の発電を停止するようにしているが（図３のＳ１３参照）、これに代えて、オルタネータ１の発電量を抑制するようにしてもよい。この場合は、例えば、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より低いとき（又は二次空気ポンプ１６がＯＮとなっているとき）には、オルタネータ１の発電要求（目標）値を減少補正したり、発電量の上限値（エンジン回転速度に影響を与えない値）を設定したりすればよい。かかる構成としても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、バッテリ電圧ＶＢが所定電圧（下限値）を下回るときは、オルタネータ１の発電停止を行わないようにしたり、オルタネータ１の発電停止中にバッテリ電圧ＶＢが所定電圧（下限値）を下回ったときは発電停止を解除したりするように構成してもよい。バッテリ５が低充電状態になるのを回避してバッテリ上がりを確実に防止するためである。
さらに、以上では、触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔｃ１より低いとき又は二次空気ポンプ１６がＯＮとなっているときにオルタネータ１の発電を停止又は発電量を抑制することを説明したが、これらに代えて、車両の電気負荷が所定値以上のときやエンジン回転速度が急減したとき（例えば、所定時間当たりの低下量が所定量以上となったとき）に、オルタネータ１の発電を停止（又は発電量を抑制）するようにしてもよい。ここにおいて、車両の電気負荷としては、バッテリ電圧ＶＢ、バッテリ放電電流、発電要求（目標）値を検出することが考えられる。このようにしても、上記各実施形態と同様の効果が得られる
さらにまた、以上の説明では、触媒温度Ｔｃ、二次空気ポンプ１６の動作状態、車両の電気負荷又はエンジン回転速度の変化を確認した上で、オルタネータ１の発電を停止又は発電量を抑制するものを例示したが、次のような方法を用いてもよい。
【００２９】
例えば、より簡易には、上述したオルタネータ１の発電制御（図３）に代えて、エンジン２の始動からオルタネータ１の発電を停止（又は発電量を抑制）した上で、エンジン始動ｔ１から所定期間ｔｓ１が経過したオルタネータ１の発電停止（又は発電量の抑制）を解除するようにしたり（図５参照）、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ１以上の状態が所定時間ｔｓ２以上継続したときにオルタネータ１の発電停止（又は発電量の抑制）を解除したりすることが考えられる（図６参照）。このようにすると、より制御を簡易化しながらも上記各実施形態と同様の効果が得られる。特に後者の場合には、オルタネータ１の発電停止解除時期（例えば、完爆）をより安定かつ正確に判定することができるので、制御の精度が向上する。
【００３０】
なお、以上説明した各オルタネータ１の発電制御における発電停止（又は発電量の抑制）の開始時期や解除時期をそれぞれ適宜組み合わせて構成してもよいことは当然である。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する
（イ）請求項１記載の車両用発電機の制御装置において、
前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制は、前記二次空気供給手段の動作開始前から行うことを特徴とする。
【００３１】
このようにすれば、特に電気負荷が大きい二次空気供給手段の動作開始時（ＯＦＦ→ＯＮ時）のエンジン回転速度の低下（不安定化）を効果的に防止できる。
（ロ）請求項１記載の車両用発電機の制御装置において、
前記車両用発電機の発電停止又は発電量の抑制は、所定時間当たりのエンジン回転速度の低下量が所定量以上となったときに行うことを特徴とする。
【００３２】
このようにすれば、実際にエンジン回転速度が低下したときに発電停止又は発電量の抑制を行うので、制御の切り換え（及び制御負荷）を最小限に抑えることができる。
（ハ）請求項２記載の車両用発電機の制御装置において、
前記車両発電機の発電停止又は発電量の抑制は、エンジン回転速度が所定回転速度以上の状態が所定時間以上継続となるまで行うことを特徴とする。
【００３３】
このようにすれば、エンジンに対する発電負荷の影響が小さくなる時期（すなわち、エンジン回転速度の低下のおそれがない時期）を安定かつ正確に判定することができ、制御精度を向上できる。
（ニ）請求項３規制の車両用発電機の制御装置において、
前記車両の電気負荷は、バッテリ電圧、バッテリの放電電流又は発電要求（目標）値であることを特徴とする。
【００３４】
このようにすれば、車両の電気負荷を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両のシステム図である。
【図２】一実施形態に係る触媒早期活性化制御のフローチャートである。
【図３】一実施形態に係る発電機（オルタネータ）の発電制御のフローチャートである。
【図４】エンジン始動時の状態を示すタイミングチャートである。
【図５】別の実施形態に係る発電機（オルタネータ）の発電制御のフローチャートである。
【図６】同じく別の実施形態に係る発電機（オルタネータ）の発電制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１…オルタネータ（車両用発電機）、２…エンジン、４…電気負荷、５…バッテリ、９…吸気通路、１０…コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）、１３…排気通路、１４…排気浄化触媒、１５…二次空気供給通路、１６…二次空気ポンプ、１７…プレッシャレギュレータ、１８…二次空気制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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